DNA segmentlerinin kopyalanması ve ters çevrilmesi, dişi benlerin erkekleşmesine yol açar

Benler aşırı bir habitatta dolaşıyor. Yeryüzünün derinliklerine inen memeliler olarak, ekstra parmaklı ön pençeleri ve olağanüstü güçlü kasları vardır. Dahası, dişi benler doğurganlıklarını korurken interseksüeldir. Memeliler için tipik olan, iki X kromozomu ile donatılmışlardır, ancak aynı anda fonksiyonel yumurtalık ve testis dokuları geliştirirler. Dişi benlerde, her iki doku türü de tek bir organda birleşmiştir, ovotestis – memeliler arasında benzersiz bir özellik.

Dişi köstebeğin kanında çok testosteron

Dişinin testis dokusu köstebek sperm üretmez, ancak büyük miktarlarda seks hormonu testosteron üretir, yani dişiler erkeklerinkine benzer şekilde yüksek seviyelere sahiptir. Muhtemelen, bu doğal “doping” dişi köstebekleri agresif ve kaslı hale getiriyor, yuva kazmak ve kaynaklar için savaşmak zorunda kaldıkları yeraltındaki yaşam için bir avantaj.

Dergide bir çalışmada BilimBerlinli bilim adamları şimdi benlerde bu karakteristik cinsel gelişime yol açan genetik özellikler hakkında rapor veriyorlar. Çalışmaya göre, genetik aktivitenin kontrolünün değişmesine yol açan, öncelikle genomun yapısındaki değişikliklerdir. Testis gelişimi için genetik programa ek olarak, bu aynı zamanda kadınlarda erkeklik hormonu üretimi için enzimleri uyarır.

Çalışma, Max Planck Moleküler Genetik Enstitüsü (MPIMG) Araştırma Grubu lideri ve Charité – Universitätsmedizin Berlin’deki Tıbbi Genetik ve İnsan Genetiği Enstitüsü Direktörü Profesör Stefan Mundlos’un eşbaşkanlığındaki uluslararası bir ekip ve Dr. Darío Lupiáñez, Helmholtz Derneği’ndeki (MDC) Max Delbrück Moleküler Tıp Merkezi’nin bir parçası olan Berlin Tıbbi Sistem Biyolojisi Enstitüsü’nde (BIMSB) Araştırma Grubu Lideri.

Evrimin genomik mekanizmaları

Mundlos, “Darwin’den bu yana, canlı organizmaların farklı görünümlerinin, sonraki nesillere aktarılan genetik yapıdaki kademeli değişikliklerin sonucu olduğu genel olarak kabul edildi” diyor. “Ama DNA değişiklikleri ve bunların bir organizmanın görünümündeki tezahürleri somut terimlerle nasıl ilişkilidir ve bu değişiklikleri nasıl ortaya çıkarabiliriz?”

Araştırmacılar, bu soruyu sormak için ilk kez İber köstebeği (Talpa occidentalis) genomunu tamamen sıraladılar. Dahası, hücre içindeki genomun üç boyutlu yapısını incelediler. Çekirdekte, genler ve bunlarla ilişkili kontrol dizileri düzenleyici alanlar oluşturur – DNA bölümlerinin birbirleriyle sık sık etkileşime girdiği büyük bölgelerden oluşan nispeten izole “mahalleler”.

Mundlos, “Mollerde, sadece genlerin kendisinde değil, özellikle bu genlere ait düzenleyici bölgelerde de değişiklikler olduğunu varsaydık” diyor.

Araştırmacı, benlerin evrimi sırasında yalnızca DNA’nın tek tek harflerinin değişmekle kalmayıp, genomun daha büyük parçalarının da değişeceğini söylüyor. DNA segmentleri bir yerden diğerine hareket ederse, tamamen yeni veya yeniden düzenlenmiş düzenleyici alanlar ortaya çıkabilir ve böylece yeni genleri etkinleştirebilir ve ekspresyonlarını artırabilir veya zayıflatabilir.

Testis gelişimi için program

Darío Lupiáñez, “Memelilerin cinsel gelişimi karmaşıktır, ancak bu sürecin nasıl gerçekleştiği konusunda oldukça iyi bir fikrimiz var” diyor. “Belli bir noktada, cinsel gelişim genellikle şu ya da bu yönde, erkek ya da başka bir yönde ilerler. Evrimin bu gelişimsel olaylar dizisini nasıl modüle ettiğini ve benlerde gördüğümüz interseksüel özellikleri etkinleştirdiğini bilmek istedik.”

Aslında, genomu diğer hayvanların ve insanlarınki ile karşılaştırırken, ekip, testis gelişiminde rol oynadığı bilinen bir bölgede bir inversiyon (yani tersine çevrilmiş bir genomik segment) keşfetti. Ters çevirme, genin kontrolünü ve düzenlenmesini yeniden düzenleyen FGF9 geninin düzenleyici alanına ek DNA segmentlerinin dahil edilmesine neden olur. Çalışmanın baş yazarı ve MPIMG’de bilim insanı ve Tıbbi Genetik ve İnsan Genetiği Enstitüsünde bilim insanı Dr. Charité.

Ekip ayrıca, erkek cinsiyet hormonlarının (androjenler), daha özel olarak androjen üretim geni CYP17A1’in üretiminden sorumlu bir genomik bölgenin üç katını keşfetti. Real, “Üçleme, gene ek düzenleyici diziler ekliyor – bu da en sonunda dişi mollerin ovotestlerinde erkek cinsiyet hormonlarının üretiminin artmasına, özellikle de daha fazla testosterona yol açıyor,” diyor Real.

Yabani benler ve transgenik fareler

Son derece bölgesel benler laboratuvarda tutulamaz, bu da özellikle araştırmacıların çalışmalarına meydan okur. Lupiáñez “Bütün araştırmalarımızı vahşi köstebekler üzerinde yapmak zorundaydık” diyor. O ve Real, deneyleri için numune toplamak üzere güney İspanya’da aylar geçirdiler. “Ancak, bu dezavantaj çalışmamızda da bir güç oldu. Sonuçlarımız laboratuvar hayvanlarıyla sınırlı değil, bilgimizi vahşi hayvanları da kapsıyor.”

Araştırma grubu, iki genom mutasyonunun, benlerde gözlemlenen genomik değişiklikleri taklit ettikleri bir fare modeli oluşturarak aslında dişi mollerin özel cinselliğine katkıda bulunduğunu kanıtladı. Değiştirilmiş hayvanlardan dişi fareler, normal erkek farelerdeki kadar yüksek androjen seviyelerine sahipti. Ayrıca değiştirilmemiş eşlerinden çok daha güçlüydüler.

Evrim genetik alet çantasından yararlanır

Benlerle, cinsiyetler birbirlerinden o kadar açık bir şekilde ayrılmış değildir; bunun yerine dişiler tipik olarak dişi ve tipik erkek fenotipleri arasında bir spektrumda hareket ederler, yani bunlar interseksüeldir.

Lupiáñez “Bulgularımız, genomun üç boyutlu organizasyonunun evrim için ne kadar önemli olduğunun güzel bir örneğidir” diyor. “Doğa, gelişimsel genlerin mevcut araç çantasını kullanır ve onları sadece interseksüellik gibi bir özellik yaratmak için yeniden düzenler. Bu süreçte, diğer organ sistemleri ve gelişimi etkilenmez.”

Mundlos, “Tarihsel olarak, interseksüellik terimi önemli tartışmalara neden oldu” diyor. “İnterseksüel fenotipleri patolojik koşullar olarak nitelendirme eğilimi vardı ve olmaya devam ediyor. Çalışmamız, cinsel gelişimin karmaşıklığını ve bu sürecin doğal varyasyonun bir temsili olan çok çeşitli ara tezahürlerle nasıl sonuçlanabileceğini vurguluyor.”